教学设备产品标准中如何确定产品的技术要求

任伟德

产品标准的基本要求是依据标准能够全面准确判定产品质量。当前，教学仪器产品标准中存在较多问题。为更好地解决这些问题，需要从产品标准化入手，根据制订标准的三大原则，进一步明确产品的技术要求，为提升产品质量服务。

制订标准的三大原则

目的性原则

目的性原则就是要解决对需要标准化的对象的哪些内容进行标准化的问题。编写标准的目的多种多样。例如：适用性目的；保障健康、保证安全、保护环境或促进资源合理利用的目的；接口、互换性、兼容性或相互配合的目的；品种控制的目的；相互理解的目的。制订产品标准的目的就是为了保证产品的适用性。

为了保证产品的适用性，应在标准中规定需要证实的有关特性（例如外形尺寸、机械、物理、力学、声学、热学、电学、化学、生物学、人类工效学等）的技术要求，以及对应的证实方法（例如试验方法、测定方法、测试方法）和取样方法（例如采样方法、抽样方法等）。对于上述特性、证实方法和取样方法，在产品标准中可以分别选择技术要素“要求”“试验方法”和“取样”等。

性能原则

产品的特性可分为性能特性和描述特性。性能特性是与产品的使用功能有关，在使用中才能体现出来的特性（如速度、亮度、载重量、可靠性、安全性等）；描述特性是与产品的结构、设计相关的，是在实物上或图纸上显示出来的特征（如机械产品在图纸中描述的尺寸、形状、光洁度等）。

什么情况下应选择性能原则？条件是可能证实。只有在无法满足“可证实性原则”时，才可考虑使用性能特性之外的其他方法作出规定。

可证实性原则

可证实性原则指“不论标准的目的如何，标准中应只列入那些能被证实的要求”。就是说，标准中规定的要求应该能够检验、证实。

根据可证实性原则，在标准的“要求”中，应按照下列规则：a) 不应列入没有证实方法的要求；b) 不必列入无须证实的要求；c) 不宜列入不能在较短时间内证实的要求；d) 不应列入不能量化的要求。

产品标准的基本要求：依据标准能够全面准确判定产品质量

为了保证产品的适用性，产品标准的基本要求是依据标准能够全面准确判定产品质量。原国家技术监督局制订的“无标生产界定”规定：“执行的标准内容不完整，依据标准不能全面、准确地判定质量状况的属于‘无标生产的一种情况。”

例如，某旋片式真空泵企业标准（这是一个真实的例子）具体内容只有下面六条：电机转速：1 400 r/min；绝缘电阻：电源输入端与机壳外露金属部件之间绝缘电阻≥20 MΩ；电源输入端与机壳外露金属不见之间应能承受50 Hz、1 500 V正弦交流试验电压1 min，不应出现飞弧和击穿现象；产品外观应整洁，无明显裂纹、变形、划伤和锈蚀现象；结构件装配牢固，标志清晰，作用正常手感平稳无松动现象；字符正确、清晰、指示正确。

真空泵是用来抽真空的，因此真空泵的产品标准中必须有抽真空性能，这是最主要的内容。另外，还涉及极限压力、抽气速率、进气口内径等很多内容。

其实，旋片式真空泵早就有机械行业标准：JB/T 6533－2005。上述企业标准中缺少以下重要技术指标：抽气速率、极限压力、噪声、进气口内径、抽气效率、泵不应漏油、泵在100 kPa～6 kPa的入口压力下连续运转时间不应超过3 min，并在入口通大气时，1 min内无喷油的现象、泵停止后，不得因返油妨碍重新启动；泵的最低启动温度为12 ℃。

这只是依据企业产品标准不能全面准确判定产品质量的一个例子。即如果依据这个企业产品标准，真空泵如果不能抽气，也可以是“合格”的，因为标准中没有要求。如果是因为“最低价”买了这样的产品，表面看也有“标准”，但是实际上则是一个废品。所以，我们可以理解为什么“执行的标准内容不完整，依据标准不能全面、准确地判定质量状况的”要作为“无标”的原因了。

当前，这是一个带有普遍性的问题，要寻找这样的例子非常容易，比比皆是。相反，要寻找一个符合要求的企业产品标准，倒是一件很困难的事情。因此必须引起高度重视。

怎样确定产品标准“要求”一章的内容

“要求”一章中规定了产品应达到的各项技术指标，因此在产品标准中都应有要求一章。总的说，产品标准“要求”的内容应视情况包含下列诸方面：对产品适用性有影响的性能和指标；产品基本性能和安全卫生等指标。

一般说，有以下这些：a）环境适应性；b）使用性能；c）理化性能；d）稳定性；e) 健康、安全、电磁兼容和环境保护；f）耗能指标；g）外观和感官要求；h）材料和工艺要求；i）其他要求。

教学仪器产品是为了在教学中使用的，因此起草人在编制产品标准以前，必须首先把该产品在教学中的具体用途、使用要求、产品应有的功能、应有的技术指标弄得非常清楚。只有这样，编制的标准才可能符合在教学中适用、好用的目的。

从标准内容也可看出标准起草人是否充分了解产品在教学中是怎么用的，是否懂得教学。不懂教学的企业，不可能生产出符合教学需要的教学仪器产品。

确定产品标准技术内容的实例

以下举3个实例，用以说明如何确定产品标准的技术内容。

例1：分子间隔演示器

把一体积的纯水和一体积的95%酒精混合后，总体积小于二体积。解释是小的分子到大的分子空隙中去了，因此总体积减小。但是这个实验中总体积的减小并不明显。因此，有人设计了一种特殊的玻璃容器，如图1所示，目的是在细颈部分液面的高度差与总体积的变化比较明显。

了解实验过程。首先加入约1/2瓶的纯水，然后滴入1～2滴油酸，再用注射器沿瓶壁缓缓加入95%的酒精，加到瓶口刻度线处，塞上瓶塞。酒精浮在水面上，因为中间有油膜隔离，所以酒精与水不会混合。塞上瓶塞，摇动瓶，混合以后瓶中溶液变成乳白色（油酸的乳浊液），可以见到总体积减小。

现在要制订这个产品的标准，应该规定什么内容呢？

1）规定一个特殊的瓶，可以画图，规定瓶各部分尺寸、瓶壁厚，无色透明，材料为普通玻璃（不必规定玻璃牌号或成分），规定壁厚均匀度，消除内应力，玻璃容器的允许缺陷。

2）规定附件：瓶塞（规格或尺寸）、注射器（规格）、一小瓶油酸（规格和容积）。

这个标准基本是对现有产品的描述，产品是比较简单的。但是，需要注意的是对现有产品的描述并非仅仅限于外形尺寸和外观工艺。

例2：溶液导电演示器

溶液导电性演示器用于初、高中化学教学中电解质导电能力（导电率）的教学，比较几种强、弱电解质的导电性。本教具要求能够定性比较，区分强、弱电解质的导电能力。

作为一种通用的溶液导电性演示器，应该能区分各种电解质，并且作为批量生产的产品，应稳定可靠。

这个教具历来有几种方案：一种是用白炽灯泡显示，另一种是用发光二极管分段显示。用灯泡显示的，又有使用2.5 V小灯泡（使用干电池作电源）和使用220 V白炽灯泡（使用220 V电网电源）。

上述各方案的问题是：用白炽灯泡显示的，理论上灯泡亮度可以连续变化，但是实际上存在的问题是第一，同一规格2.5 V白炽灯泡的亮度相差较大；用220 V灯泡虽然亮度一致性较好，但是不安全。第二，人眼对白炽灯泡发光亮度的感觉并不能区分通过灯泡电流强度的较小变化。经试验，2.5 V/0.3 A的白炽灯泡，当电流下降到90％（0.27 A）时，看不出亮度变化，电流下降到80％～40％（0.25～0.125 A）时亮度变化明显，电流下降到30％（0.1 A）时灯丝不发光。因此实际可用的区域是90％～40％。

用发光二极管分段显示的，都用5个发光二极管，有5个贮液槽，区分5种不同溶液，第一种溶液使1个发光二极管亮，第二种溶液使2个发光二极管亮，……

图2中斜线是连续变化的模拟量，阶梯是数字量，把连续的斜线变成了5个台阶。

图中3种溶液A、B、C，在某种条件下电流分别为I1、I2和I3。溶液A和B的导电能力同在第2台阶上（有二个发光二极管亮），无法区分。但是实际上它们的导电能力是不同的。解决方案是增加台阶数。量化得越细，分辨率越高，但是成本也越高。

用5个发光二极管显示的方案，原来是根据高中第三册化学实验要求的5种特定溶液（0.5 mol/L的盐酸、氨水、醋酸、氢氧化钠和氯化钠的水溶液）设计的。原初中教材中的酸碱盐溶液的导电性实验中并没有规定浓度，要求依次加入10多种溶液。再按照上述凑好的5个发光二极管，就不难以达到所需实验效果。

目前人教版初中化学第二册要求分别试验盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液蒸馏水和乙醇的导电性。高中新教材中要求分别试验氯化钠溶液、氢氧化钠溶液、稀盐酸、酒精溶液和蔗糖溶液的导电性。在离子反应部分，要求在4只相同的小烧杯中分别加入0.1 mol/L的盐酸、醋酸溶液、氢氧化钠溶液和氨水，比较导电能力强弱。

因此，本教具面临着较广泛的适应性问题，无法按照几种特定的溶液设计一个都能适应的分五级发光电路。

为了解决这个“普适性”问题，本标准规定了采用电流表指示的方案。用一个电流表，加转换开关，依次测量在相同条件下通过每种溶液的电流值。实验中不需要同时观察5个电流表，依次记录电流表的示值即可。

为了达到相同条件，本标准规定了5个贮液槽的大小、电极间距和伸入贮液槽长度，以及贮液槽中盛液体量都相同。

采用碳棒做电极，是为了避免在通电时腐蚀，产生极化电动势。

因为需要观察贮液槽内溶液量，因此规定了贮液槽材料的透光率。

本标准规定了电流表的标度盘应该是线性的。规定应有外接演示电表的接线柱，不接外接电表时将接线柱短接。

关于电源电压和电流表量程：经过多次试验，当电压为6 V时，在本产品的贮液槽中，流过0.1 mol/L的强电解质的电流都在5 mA以内。因此，电压定为6 V，电流表量程定为5 mA。

在标准中还规定了使用条件、产品构成、电路连接、稳度、外观和工艺、环境试验。并且逐个具体规定了贮液槽、电流表、电极、转换开关、电池盒、底座连面板的具体要求。

这个标准并不是对现有产品的简单描述，而是针对现有产品存在的问题，进行改进优化。这种情况是常见的（这是一个正在制订中的标准）。

例3：演示用数字多用电表

1）“演示用数字多用电表”在教学中的用途。在JY/T 0386-2006、JY/T 0387-2006中增加了初中数字演示电表（编号：15002）；在JY/T 0406-2010中增加了高中数字演示电表（编号：15003）。

数字演示电表在教学中的用途：用在需要较准确测量以及有较高分辨力的实验中。因为输入阻抗高，特别在电子电路中测量时对电路的状态影响小，是准确度较高、量程较宽的常用电学量通用测量仪表。

初中对数字演示电表的要求是测量直流电压、电流和做检流计（显示正负极，指示微安级电流），以及较准确测量电阻值。测量电流时可能需要测量较大电流。

高中数字演示电表的要求是：测量直流电压、电流和做检流计，需要测量较高电压和较大电流，以及较准确测量电阻值，测量电容量、电感量、频率、晶体管直流小信号放大倍数和二极管正向压降。

在教学中使用时，要求正、反双面都有测量数值显示（背面数字方便教师观看，数码管尺寸可以较小），并且应让学生看到当前的量程，教师也应方便操作（调节不同量程）。

教学中使用电表需要加强误操作时的自动防护，尽量避免电表损坏。

演示电表还应有较好的可见度。

2）收集样品和资料的情况。①位数，3-1/2位不够，需要4-1/2位。②面板，某样品两面都有量程是好的，教师便于观看。但是转换量程应在正面，不是背面。学生不仅是观看示值，同时也需了解当前的量程。③不确定度，因为是3－1/2位表，最高只能可以做到0.5级。④数字电表不必设“检流计”量程，数字电表自动显示正、负，再设检流计是多余的。⑤量程设置不合理，大小不一。有的样品按照初中学生用直流电压表、直流电流表和检流计设量程是不行的。⑥功能单一，一些不难实现的扩展功能没有加上。⑦表笔和插孔，测量表笔是需要的，但是仅有表笔不够，还需要夹子，有时需要连接在电路中；或者需要用导线连接，需要通用的接线柱。插孔数量最好只有2个，不要换插孔。换插孔在测量电流、大电流或高压时。但是很容易误操作，损坏电表。最好转换电路的步骤由换档开关联动完成。⑧面板显示单位，面板显示的单位不准确（如某样品，单位为“kΩ”时显示的也是“Ω”），或者不明显（符号和文字太小）。

3）演示用数字多用电表标准应有的技术内容。根据上述用途和样品存在的问题，确定演示用数字多用电表标准应有的技术内容。

教学演示用数字多用电表应在符合GB/T 13978－2008《数字多用电表》国家标准的一般要求基础上，在设置量程、确定分辨力和电表的位数以及某些方面应符合教学的特殊要求。应规定的技术内容是：a）安全要求；b）机械要求；c）电磁兼容性要求；d）过载能力；e）分辨力；f）预热时间和调零时间；g）稳定性；h）可靠性；i）功能要求；j）接口；k）测量范围；l）不确定度要求；m）不同测量功能的技术要求。

本标准规定的技术内容除了上述方面，还规定了以下内容：a）电表的位数；b）面板；c）过载保护；d） 外观和工艺；e）环境试验。

4）关于演示用数字多用电表标准的技术指标的考虑。

Δ位数。本标准规定采用4-1/2位。因为3-1/2位表用在教学上分辨率不够。在很多场合要求较准确，例如整数有三位数时，还希望准确到小数点后一位，3-1/2表就不能满足要求。没有用3/4位表，因为现在基本都是1/2位表。

Δ量程。直流电流：0～200 μA、0～2 mA、0～20 mA、0～200 mA、0～20 A。测量到20 A主要是因为电磁学实验中测量大电流较多。

直流电压：0～200 mV、0～2 V、0～20 V、0～200 V、0～1 000 V，其中初中用表没有1 000 V量程。

电阻：0～200 Ω、0～2 kΩ、0～20 kΩ、0～200 kΩ、0～2 MΩ、0～20 MΩ。

交流电压：0～2 V、0～20 V、0～200 V、0～700 V。交流电压测量功能用在高中。

交流电流：0～2 mA、0～20 mA、

0～200 mA、0～20 A，其中初中用表没有20 A量程。

交流电流电压按平均值响应。具有线性好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。缺点：测量非正弦波电压（或电流）误差大。但是教学中不涉及测量非正弦波电压（或电流）。

电容量：2 000 pF、20 nF、200 nF、2 μF、20 μF，分辨率1 pF。最小量程

2 000 pF档，可用于小容量电容器测量，例如用于平行板电容器（电容量在10 pF以上）实验效果比较明显。

电感量：2 mH、20 mH、200 mH、2 H、20 H。一般变压器的绕组电感（有铁芯时）约在几个亨利。增加测量电感量程是因为现在没有配备电感量测量仪器。作为试验或制作、维修教具时的工具，在数字多用表中增加测量电感量比较方便。

频率：10 Hz～20 kHz。可以测量音频范围，这也是一般4-1/2位数字多用表频率量程所具有的。教学仪器中没有配备频率表。

晶体管：PNP、NPN，hFE。可以测量晶体管。这个功能主要用来鉴别三极管是否良好。

二极管正向压降UF:可以测量硅二极管和锗二极管的正向压降，也可测量发光二极管的正向压降，此功能还可作为测量通断用。

温度：测量范围定为20～150 ℃，该测量范围已能满足一般测量需要。设立温度量程是因为学校中现在缺乏一个准确度较高的温度计。

Δ不确定度

直流电流、直流电压、直流电阻、交流电流和交流电压的不确定度按GB/T 13978－2008。电容量、电感量和频率三量程参照4－1/2位数字多用表。温度测量参照数字温度测量仪，按照JJG（机械）94－1992，热电阻型。

分为基本不确定度极限值和工作不确定度。工作不确定度是在标准规定的影响量条件下可能的不确定度，大于基本不确定度。基本不确定度按照GB/T 13978－2008规定的4-1/2位数字表的不确定度极限。

根据GB/T 13978－2008规定，本标准以基本不确定度极限作为等级指数。

Δ分辨力

分辨力是与不确定度相联系的，因此由产品标准规定，并应分别标明。

Δ预热时间

按GB/T 13978-2008。

Δ面板

双面字符、双面量程显示，单位显示和可见度要求。显示的被测量值应与相应的单位符号一致。仪表应具有对被测量范围内连续变化的不间断显示能力。仪表的不同功能、不同量程可以有不同的显示位数。

本标准还规定了各量程在无激励时显示。

为了保障数字的可见度，也兼顾了外壳的尺寸，标准规定了数码显示最小尺寸要求。本标准规定数码管高度不小于44 mm。

根据人眼对绿光的分辨率极限，一般只能达到3′～5′。数码管的笔划宽度约占高度的1/7，约6.3 mm。如果最后一排距离讲桌7 m，则在最后一排看数码管笔划的视角约3.1′，看数码管的视角约为17′，所以应该能看清楚。

亮度要求数据是根据手册，数码管一般能够达到。

Δ输入端

表笔、线夹、接线柱（统一规格）。颜色：正极用红色，负极用黑色，便于检查线路。并且根据逐步统一接线柱的决定，本标准规定了接线柱的要求。

Δ过载保护

标准规定了小电流（200 mA以下）熔断器保护，这是一般数字多用表的保护方法。一般数字多用表的20 A大电流是没有保护的，本标准规定了大电流断路器（空气开关）保护。

Δ安全要求

首先，按照GB/T 13978-2008，引用GB 4793.1-2007第6、9、10、14和16章有关防电击、防止火焰蔓延、温度极限值和耐热、元器件、电流测量电路以及多功能仪表和类似设备的规定。

Δ其他

机械要求、电磁兼容性要求、过载能力、稳定性和可靠性引用GB/T 13978-2008标准的有关要求。

Δ外观和工艺

按照JY 0001－2003，引用了涉及的有关条文。

Δ环境试验

环境试验按照JY 0009-1990，进行全部项目环境试验。

Δ关于温度量程

可以使用集成温度传感器（例如AD590），工作温度为－55～150 ℃，或者铂电阻。因此，满足本产品的温度传感器没有问题。

这个例子是在还没有现成成熟产品情况下编制标准，编制过程中经过对教学需求和现有产品的详细分析，进行优化和改进，提出了具体的要求（注：这是一个已经通过审查的标准）。当前，这种体现 “前导性”的标准在教学仪器标准化中也是经常会遇到的，其前提是使用要求已经明确，并且涉及的技术是可以实现的。这种超前标准化的优点是可以及早引导产品发展，而不是任其自由发展。到了产品五花八门，并且已经较普遍地配备了再来制订标准。如果那样，标准制订出来了作用也不大。但是，超前标准化往往是需要根据产品发展情况及时修订的。

（作者单位：浙江省教育技术中心）